私の趣味

私の趣味はこ～んな事をすることです

マイコン作り
ＰＩＣマイコン
ソフト作り
ラジコン
サイクリング
テニス
スキー

マイコン自作　（＾＾）

●１号機は・・・・・

　　学生のときに作成したＺ８０のマイコンです。
　　スペックは
　　・ＣＰＵ　　　　　Z-80Aを５MHzで動作
　　・ＲＡＭ　　　　　６４ＫＢ（６４ＫＤＲＡＭ　×　８）
　　　　　　　　　　　２ＫＢＳＲＡＭ　×　４
　　・ＲＯＭ　　　　　３２ＫＢ
　　・ＣＲＴコントローラ　日立　ＨＤ４６５０５使用
　　・カセットインターフェース　ＦＳＫ／トーンバースト方式
　　・シリアル　　　　ＲＳ２３２Ｃ　×　２ｃｈ（Ｚ－８０　ＳＩＯ使用）
　　・８インチＦＤＣ　ＭＢ８８７７使用
　　・ＲＯＭ　ライター（２７１６／２７３２対応）

　写真には写っていないですがフルキーボード（ディコーダーとケースももちろん自作）と８インチ倍密度のディスクドライブを付け、最終的にＣＰ／Ｍ８０を移植しました。

　最初はＣＰＵ（アドレス、データバス表示LED付き）＋２Ｋのメモリ（２１１４を４個使用）＋トグルスイッチパネルの必要最小限の物から出発しました。
　トグルスイッチを操作してＤＭＡでメモリに書き込みＤＭＡを解除してＣＰＵを走らせていました。

　こんなやっとプログラムがなんとか動く状態の物を使って研究室の先輩がリセットスイッチを入力、アドレスバス表示のＬＥＤを出力に使って簡単なピンポンゲームを作ったではありませんか（驚）

　Ｉ／Ｏ装置の無い状態でリセットスイッチを入力、バス表示ＬＥＤを出力にゲームを作るなんて（なんという発想の転換！）・・持ち主よりすごーぃプログラム作るなんて・・・ゆるせなーぃ（笑）

　次に電卓用のキーを３００円で買ってきて７セグつけてやっと１６進キーでメモリ書き込みができるようになりました　（＾＾）

　でもＲＯＭがのってないので立ち上げる時はトグルスイッチをパチパチやって数十バイト入力してｂｏｏｔモニタいれてからやっと１６進キーが使えるようになり、それから１６進キーで数百バイト入力でやっと本来のモニタが動くといっためんどくささでした（ＲＯＭボードとＲＯＭライタ作るまではこれの繰り返し＾＾；）

　フルキーボードとＦＤコントローラと８インチフロッピードライブをつけて、最終的にＣＰ／Ｍ８０を移植しました（ＦＤフォーマットプログラム等ももちろん自作）。
　ＣＰ／Ｍ８０が動くようになってからは快適快適（＾＾）

　キャラクタジェネレータ切り替え方式によるグラフィック描画機能も付けました（もちろんグラフィック用描画ルーチンも自作です）

　ＲＯＭ上では動かない（プログラムでコードを書き換えてる）反則業使ってたりしますが、当時グラフィック描画では高速性を誇っていたFM-7よりもグラフィック描画が早かったよ～ん（＾＾）・・・まぁ単色なので速いということもありますが・・・

1号機の主要な構成パッケージ

CPU	MEM	DRAM	CRTC
KEY	FDC	ROM Writer	SIO

★2020/06/15　追記
　キーボードを発掘しましたので写真を追記します。
　秋葉原のＩＫＥショップでキーユニットを購入し、アルミ板を加工してケースを作成しました。

フロント面	バック面

●２号機は・・・・・

　会社に入ってからはさすがに大規模なものは作れずここで紹介する２号機と次の３号機の二つしか作ってません（どちらもワンボードタイプ）＾＾；

　でも入社当時、私の１号機は会社の開発環境（System-8）よりもずぅっと快適な開発環境だったよ～ん　（＾＾）

　2号機の作成のきっかけは会社の先輩からもらった６４ＫＤＲＡＭです。　＾＾；
　ＤＲＡＭのＲＡＳ／ＣＡＳタイミングを巧妙（笑）に作ってワンボードに乗せました。

　これにＡＤ／ＤＡを付けて初めて出した特許（音声encode/decode方式・・まあADPCMの変形ですけど）を実際に作ってみちゃいました　（もちろん趣味でですよ（＾＾））

２号機CPU

２号機CPU裏

ＡＤ／ＤＡ

●３号機は・・・・・

　これも会社の先輩から２５６のＤＲＡＭチップ２個もらったのがきっかけで久々にハード作成の虫がうずいて作ってしまいました。（＾＾）

　Ｚ８０ファミリーをふんだんに使ってワンボードに収めました。

　使用したＩＣは

μＰＤ７８０Ｃ－２（ＮＥＣ製Ｚ－８０ＣＰＵ）
Ｚ８０Ａ－ＳＩＯ／０（何とＺｉｌｏｇ製）
Ｚ８０Ａ－ＰＩＯ（シャープ製）
Ｚ８０Ａ－ＣＴＣ（シャープ製）
μＰＤ４１２５４Ｃ－１５（ＮＥＣ製２５６ＤＲＡＭ）　×　２
２７１６／２７３２／２７６４　ＲＯＭ
ＭＡＸ２３２ＣＥＰ（ＲＳ－２３２Ｃ用ドライバ）
７４LSシリーズ　157 ×　２、138、74　×　２、123、32、04

３号機CPU

３号機CPU裏

●４号機はPICを使用した3チップ構成のCP/Mマシン＾＾ ★2018/06/09追記

　2017年の暮れにebayから20MHｚ対応のZ80(Z84C0020PEC)を購入したことからCP/Mが動作することを目的としてワンボードマイコンを作成しました。
　ハードは極力簡略化することを開発ポリシーとした結果、Z80（Z84C0020PEC）、メモリ（HM628128ALP-7）、PIC（PIC24FJ64GA004）の3チップ構成でCP/Mの起動に成功しました。
　外部記憶装置としてはSDカード（SDHCタイプ）を使用しています。

　また、プリント基板はCNCで両面のものを作成予定でしたが、Fusion PCBに注文して作ってもらいました（5枚作製で送料込みで千円以下）
　詳細はこの辺を参照してください。

プリント基板

　ケースは側面部を3Dプリンタで作成し、トップとボトムのパネルは百均から購入したスチロール製ディスプレイスタンドから切り出した板を材料にしてCNCを使って加工しました。

ケース入り

●５号機はPICを使用した3チップ構成のCP/M-68Kマシン＾＾ ★2019/04/14追記

　3チップ構成のCP/M-80マイコンに続いて同じく3チップ構成のCP/M-68Kマイコンを自作しました。
　3チップ構成でCP/M-68Kが動作するワンボードマイコンはネット上を探しても他にはないと思います。

　チップ構成は

MC68008P10
10MHz版のバスが8bit幅の68Kチップ。PICからクロックを供給する関係で8MHzで動作
K6T4008C1B-DB70
512KBのSRAM。アクセスタイムは70ns。
PIC24FJ64GA004
16bitPICマイコン。セルフコンパイラの独自言語picleを使って制御

　で回路図はここを参照してください。

Pic24CPM68K部品実装写真（top面）

Pic24CPM68K部品実装写真（bottom面）

Pic24CPM68K

　CP/M-68Kの起動画面のサンプルを貼っておきます。

picle compiler CP/M Ver0.09 2018/05/06 by skyriver

... loading

CP/M-68K(tm) Version 1.3  08/05/85
Copyright (c) 1985 Digital Research, Inc.

Pic24CPM68K ver0.02 2018/09/23 by skyriver

A>■

●６号機はPICを使用した5チップ構成のCP/M-86マシン＾＾ ★2019/10/31追記

　ネット上を探してもCP/M-86マイコンの自作はほとんど見つかりませんでした。
　50％デューティーのクロックでも動くNEC製V20（8088互換）を使いました。86系はデータバスとアドレスバスがマルチプレックスされているため、分離のために74HC573を2個使った関係で5チップ構成になります。
　アドレスとデータが多重化されたことでPIC24の使用ピンに余裕ができたので、RTCC（リアルタイムクロックカレンダ）モジュール用に水晶の実装回路も付けてみました。

　チップ構成は

V20(uPD70108HCZ-16)
16MHz版のバスが8bit幅のV20チップ。PICからクロックを供給し16MHzで動作
K6T4008C1B-DB70
512KBのSRAM。アクセスタイムは70ns。
PIC24FJ64GA004
16bitPICマイコン。セルフコンパイラの独自言語picleを使って制御
74HC573 x 2
アドレスバスラッチ用

　回路図はここを参照してください。

V20ワンボード基板（トップ面）

V20ワンボード基板（ボトム面）

　CP/M-86の起動メッセージはこんな感じです。

picle compiler CP/M-86 Ver0.01 2019/07/03 by skyriver

loading ... ok
Pic24V20 ver0.02 CP/M-86 Version 1.1
Segment Address = 0040
    Last Offset = 31FF
  System Generated by skyriver 2019/10/07

A>■

　WordStarも動きました。

Opening screen of WordStar	Menu screen of WordStar

★2020/08/30　追記
　ケースを作成したので貼っておきます。

Pic24V20（ケース入り）

●７号機はGALを使用した5チップ構成のZ-80ボード（Z80GAL） ★2021/01/21追記

　Z-80を高速（20MHz)で動作させGALを使ってシリアル通信等の周辺ICの機能をソフトウェアで代替えすることで構成チップ数の少ないワンボードマイコンを作りました。
　詳細は「Z80GALの構想（その１０）回路図とパターン設計」のあたりを参照してください。

　次の５チップ構成です。

Ｚ-８０
　Z84C002PEG（40PIN）を20MHzで動かしています。
ＲＡＭ
　UM61512-15（32PIN)を使いました。ピン数が少し多いですが、64K x 8bit のスタティックＲＡＭでアクセスタイムは15nsと高速です。
ＥＥＰＲＯＭ
　W27C512-45（28PIN）でアクセスタイムが45nsでROMではかなり速い方だと思います。Z80のメモリ空間の後半は常にRAMをアクセスできるようにしているので、EEPROMのサイズは64Kx8bitですがZ80のメモリ空間の前半の32KBにマッピングしています。
ＧＡＬ
　GAL22V10D（24PIN）を使用しました。
クロック発振＆タイマー割込み信号生成
　PIC12F683（8PIN）で水晶発振子用バッファとタイマー割込み用のインターバル信号を生成しています。

　プリント基板に部品実装後の写真を貼っておきます。

部品実装後のプリント基板（トップ面）

部品実装後のプリント基板（ボトム面）

　３Dプリンタでケースを作りました。

Z80GALケース

　CP/M-80も動きます。

Z80GALでのCP/M起動画面

●８号機はMC68000を使用した小型CP/M-68Kボード（Pic24MC68K） ★2022/03/23追記

　MC68000を使いチップサイズ（DIP 64ピン）とほぼ同じサイズのボードで CP/M-68K を動くようにします。USB シリアル変換チップも実装してパソコンとUSBケーブルで接続するだけで動くようにしました。

　回路図などの詳細は「Pic24MC68Kマイコン（その７）CP/M-68Kの移植」のあたりを参照してください。

　以下のチップで構成されています。

ＭＣ６８０００Ｐ１６
　６４ピンのＤＩＰで 16MHz で動かしています（ジャンパーピンで8MHzに切り替え可能）
ＲＡＭ
　AS6C8016-55を使いました。5V電源で動かせる 512K x 16bit のスタティックＲＡＭでアクセスタイムは55nsです。
ＰＩＣ
　PIC24FJ64GA004で独自言語である picle コンパイラを使っています。
ロジックＩＣ
　74HC368と74HC245を使用しました。
USBシリアル変換用ＩＣ
　PL2303（8PIN）を使用し、電源もUSBから給電するようにしました。

　小型化するために SMD部品を使い、パターンも結構込み合っています。

Pic24MC68Kのパターン（グランドベタ化前）

　部品実装後の基板のボトム面が下の写真です。PIC と USB シリアル変換用 IC 及び SD カードホルダとSD コネクタ等が実装されています。

Pic24MC68Kの部品実装後の基板（ボトム面）

　トップ面には SRAM（512K x 16bit）とロジック IC 等が実装されています。

Pic24MC68Kの部品実装後の基板（トップ面）

　MC68000 チップを実装後の状態が下の写真です。LED 表示等があるのでチップサイズより若干幅が広いですが、ほぼ MC68000 のチップサイズですね。

MC68000 実装後のトップ面

　透明のPETG フィラメントを使い、３Ｄプリンタでケースを作成しました。基板上のLEDの点灯状態が透けて見えます。

Pic24MC68K 動作中の状態

　CP/M-68K はネット上で探してもアプリケーションが少ないので、ehBASIC を移植してみました。

フラクタル図形　シダの葉

　YouTube に紹介動画をアップしたので貼っておきます。

●９号機は表面実装部品を使ったコンパクトな Z80 ボード（Z80GalCompact） ★2022/05/12追記

　上記の GAL を使った Z80ボード（Z80GAL）の回路で表面実装部品を使い、更に USB シリアル変換 IC（PL-2303）を追加して USB コネクタからの給電で動作するコンパクトな CP/M マイコンボードを制作しました。

　回路図などの詳細は「Z80GalCompactの制作」のあたりを参照してください。

　以下のチップで構成されています。

Z-80
　Z84C002PEG を20MHzで動かしています。
RAM
　フラットパッケージの M68AF127B を使いました。アクセスタイムは55nsで、サイズは 128KBytes ですが半分しか使っていません。
EEPROMＰＩＣ
　M27C512-45 でアクセスタイムが45nsのROMです。
GAL
　GAL22V10D の PLCC タイプのものを使用しました。
クロック発振＆タイマー割込み信号生成
　PIC12F683 で水晶発振子用バッファとタイマー割込み用のインターバル信号を生成しています。
USBシリアル変換用ＩＣ
　PL2303 を使用し、電源もUSBから給電するようにしました。

　小型化するために SMD部品を使い、プリント基板のボトム面に RAM、GAL、PL-2303 及び PIC12F683 を実装しました。

Z80GalCompactのパターン（グランドベタ化前）

　部品実装後のトップ面が下の写真です。 Z80 CPU、EEPROM、SD カードコネクタ及びUSBコネクタが実装されています。

Z80GalCompact 部品実装後（トップ面）

　ボトム面が下の写真です。GAL のソケットの左上部分が隣接するダイオードに干渉するのでソケットを若干削っています。

Z80GalCompact 部品実装後（ボトム面）

　基板設計環境から 3D データを引き継いでケースを設計しました。蓋の固定は小型化のためにインサートナットは使わず、嵌め込み式にしています。

ケースの全体の CAD 表示

　FDM 方式の 3D プリンタで透明フィラメントで出力しましたが、透明度が低く部品が見えない状態でした。そこで SLA 方式の 3D プリンタを使いクリアレジンで出力後、UV カット塗装を塗布することで、基板に実装している部品が見えるようになりました。

Z80GalCompact のケース

　YouTube に紹介動画をアップしたので貼っておきます。YouTube 内で「Z80」での検索結果をざっと見たところ、Z80 を使ったシングルボードの中では Z80GalCompact が最もコンパクトなボードのようでした＾＾